Группа американских исследователей использовала новый класс магнитных материалов — мультиферроики — для улучшения компьютерных вычислений. Они продемонстрировали, что мультиферроики можно использовать для генерации спиновых волн, которые могут снизить потери тепла и повысить энергоэффективность электронных устройств.
Исследование ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обещает сделать будущие устройства более энергоэффективными. Исследователи использовали мультиферроики, которые снижают энергопотребление логических устройств и повышают энергоэффективность обработки данных в 1000 раз.
Вы когда-нибудь задумывались, почему ваши ноутбуки и смартфоны нагреваются во время работы? Тепло — это энергия, которая расходуется микропроцессорами устройства.
В современных устройствах есть микропроцессоры, которые используют электрический ток. Этот ток проходит через транзисторы, которые работают как очень маленькие электронные переключатели. Поскольку ток представляет собой движение электронов, его прохождение по цепи приводит к выделению тепла и нагреванию устройства.
Кроме того, транзисторы пропускают электроны, а значит, их сложно выключить.
Логические устройства — это схемы, встроенные в компьютерный чип. Мультиферроидный магнитный материал, использованный командой инженеров, значительно снижает энергопотребление таких логических устройств. Кроме того, с помощью переменного напряжения мультиферроидный материал можно включать и выключать. Материалы передают энергию каскадом через спины электронов. Исследователи называют этот процесс спиновой шиной.
Хорошей аналогией спиновых волн является океанская волна. По словам исследователей, молекулы воды в океанской волне практически не перемещаются, но энергия передается через толщу воды. Точно так же электрический ток можно представить как воду, текущую по трубе.
«Спиновые волны открывают возможности для реализации принципиально новых способов вычислений, одновременно решая некоторые ключевые проблемы, связанные с масштабированием традиционных полупроводниковых технологий. Это может привести к созданию новой парадигмы спиновой электроники», — заявил главный исследователь Кан Л. Ванг, профессор электротехники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и директор Западного института наноэлектроники (WIN).
В ходе этого исследования ученые успешно продемонстрировали, что с помощью мультиферроидного материала можно генерировать спиновые волны, которые эффективно снижают тепловыделение и повышают энергоэффективность в 1000 раз.
«Электрическое управление магнетизмом без использования зарядовых токов — быстро развивающаяся область исследований в области магнетизма, — говорит соавтор исследования Педрам Халили, доцент кафедры электротехники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Это может иметь большое значение для будущих устройств обработки информации и хранения данных, и наши недавние результаты в этом контексте впечатляют».
Исследование было опубликовано в журнале Applied Physics Letters.